RP5噴氣燃料飽和蒸汽壓的測定及關(guān)聯(lián)

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(中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

為了滿足水面艦船作戰(zhàn)能力的需要，艦舶上都裝有大量RP5噴氣燃料等易燃易爆的危險(xiǎn)物品。RP5噴氣燃料容易揮發(fā)，其揮發(fā)的油氣與空氣混合形成可燃性氣體，當(dāng)氣體達(dá)到一定濃度時，遇明火就會引起燃燒和爆炸。

飽和蒸汽壓是可燃物的重要理化特性之一[1]，目前還沒有RP5噴氣燃料飽和蒸汽壓的公開報(bào)道，作者對RP5噴氣燃料在溫度為283～353 K范圍內(nèi)的蒸汽壓進(jìn)行了測定，并運(yùn)用Antoine方程對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，這些蒸汽壓數(shù)據(jù)對RP5噴氣燃料安全性措施的形成具有積極的意義。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與過程

實(shí)驗(yàn)采用的高精度汽液相平衡裝置見圖1[2]。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置原理

試驗(yàn)時，關(guān)閉進(jìn)氣活塞，打開抽氣活塞，啟動真空泵抽氣，使試樣球與U形管之間空間內(nèi)的空氣呈氣泡狀，通過U形管中的液體而逐出。抽至氣泡成串上竄，關(guān)閉抽氣活塞，維持慢沸騰3～4 min，以排除試樣球中的空氣(使試樣球與U形管之間空間內(nèi)為液體燃料蒸汽)。然后小心開啟進(jìn)氣活塞，緩緩充入空氣，直至U形管兩臂的液面等高為止，記錄溫度及壓力數(shù)據(jù)。改變系統(tǒng)溫度后，重復(fù)上述操作過程，得到不同溫度下RP5噴氣燃料飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，見表1。

表1 飽和蒸汽壓計(jì)算數(shù)據(jù)pcal與實(shí)驗(yàn)pexp結(jié)果的對比

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 Antoine方程參數(shù)的回歸

在溫度范圍為10～80 ℃內(nèi)，測量了RP5噴氣燃料的飽和蒸汽壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。至今，已經(jīng)有很多種關(guān)聯(lián)飽和蒸汽壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方程被提出來，它們大都是把壓力關(guān)聯(lián)成溫度的函數(shù)。其中，以Antoine方程[3]最為常用，它具有溫度適用范圍廣，關(guān)聯(lián)精度高，使用參數(shù)較少等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，首先擬合了如下的Antoine飽和蒸汽壓方程。

式中:p——壓力，kPa；

T——熱力學(xué)溫度，K。

將Antoine方程通過數(shù)學(xué)變換成二元線性方程，回歸出RP5噴氣燃料的Antoine方程參數(shù)中的A、B、C參數(shù)，見表2，擬合曲線見圖2。

表2 RP5噴氣燃料的Antoine方程回歸參數(shù)

圖2 RP5噴氣燃料飽和蒸汽壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的p-T圖

數(shù)據(jù)的線性相關(guān)度R2=0.998，符合蒸汽壓與溫度關(guān)系的熱力學(xué)規(guī)律。

將參數(shù)A、B、C代入Antoine方程，利用擬合得到的Antoine方程計(jì)算得到的各溫度下的RP5噴氣燃料的蒸汽壓見表1，計(jì)算出飽和蒸汽壓并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果見表1，其最大相對誤差為0.96%，可見利用RP5噴氣燃料的Antoine方程計(jì)算得到的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)基本滿足工程設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

測定了RP5噴氣燃料在溫度為283～353 K范圍內(nèi)的蒸汽壓數(shù)據(jù)，并用Antoine方程進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，得到RP5噴氣燃料在283～353 K范圍內(nèi)的Antoine方程。 實(shí)驗(yàn)值與Antoine方程計(jì)算值的相對誤差均小于l%，所得的Antoine方程能很好地描述RP5噴氣燃料的飽和蒸氣壓。

[1] 余國保，李廷勛，郭開華,等.新型低溫氣液相平衡實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)證[J].低溫與超導(dǎo)，2008，36(8)：13-17.

[2] GJB 560A—1997 高閃點(diǎn)噴氣燃料[S].北京：國防科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[3] 《化學(xué)工程手冊》編輯委員會.化學(xué)工程手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.